Учёные из Института биотехнологий Фландрии (VIB) и Гентского университета (UGent) составили первую подробную карту того, как клетки корней томата реагируют на внедрение арбускулярных микоризных грибов — симбионтов, помогающих растениям усваивать питательные вещества из почвы. Результаты исследования опубликованы в журнале Current Biology.
Арбускулярные микоризные грибы — одни из древнейших партнёров растений: их союзу более 400 миллионов лет. Грибы получают от растения сахара, а взамен обеспечивают ему доступ к фосфатам, азоту и другим элементам, существенно сокращая потребность в химических удобрениях.
Раньше молекулярные механизмы этого взаимодействия оставались не до конца понятны — разные стадии колонизации протекают одновременно в одном корне, что затрудняло их изучение классическими методами. Команда под руководством профессора Софи Гоормахтиг применила технологию секвенирования одиночных клеток и проанализировала активность генов в почти 66 000 отдельных ядер клеток корня томата, колонизированного грибом Rhizophagus irregularis.
Исследователи выделили четыре последовательные фазы взаимодействия: клетки поверхности корня фиксируют приближение гриба; внутренние клетки готовятся его принять; клетки формируют арбускулы — структуры для обмена питательными веществами; наконец, клетки содержат уже полноценные грибные элементы, готовые к передаче ресурсов. Каждая фаза имеет собственный молекулярный «отпечаток».
При помощи вычислительного инструмента MINI-EX учёные предсказали и экспериментально подтвердили ряд ранее неизвестных регуляторов — молекулярных «переключателей», управляющих процессом на каждом этапе.
Среди неожиданных находок: сигнальный путь, считавшийся активным лишь на поверхности корня, на самом деле работает и в глубине корня на протяжении всего цикла формирования арбускул. Кроме того, клетки со зрелыми арбускулами учитывают общий уровень питания растения — вероятно, регулируя интенсивность симбиоза в зависимости от того, насколько хорошо растение уже обеспечено ресурсами.
Понимание этих механизмов открывает путь к созданию сельскохозяйственных культур с более эффективными микоризными партнёрствами, что позволит снизить зависимость от удобрений и повысить устойчивость растений к неблагоприятным условиям.
